Ученые детально исследовали окаменевшие структуры мозга кембрийского морского членистоногого Mollisonia symmetrica возрастом 500 миллионов лет и установили его близкое родство с современными паукообразными (арахнидами). Полученные данные убедительно свидетельствуют, что предки пауков, скорпионов и их родственников впервые эволюционировали не на суше, а в океане, что бросает вызов десятилетиями господствовавшей гипотезе об исключительно наземном происхождении этой группы. Исследование опубликовано в журнале Current Biology.
До сих пор считалось, что арахниды — обширная группа членистоногих, включающая пауков, скорпионов, клещей и сольпуг — произошли от общего предка, который уже освоил сушу примерно 400 миллионов лет назад. Их окаменелости находили исключительно в наземных отложениях, что укрепляло теорию об их сухопутном происхождении. Паукообразные стали одними из самых успешных хищников на планете, практически не изменившись за сотни миллионов лет. Однако вопросы о том, где и когда именно они отделились от других хелицеровых (группа, включающая мечехвостов и морских пауков) и были ли их предки морскими, как мечехвосты, или полуводными, оставались предметом жарких споров. В новом исследовании специалисты проливают свет на эту загадку, изучив не внешние особенности строения, а внутреннюю структуру мозга древнего существа.
Ключом к открытию послужила окаменелость вида Mollisonia symmetrica, жившего в кембрийский период (между 540 и 485 миллионами лет назад), которая хранится в Музее сравнительной зоологии Гарвардского университета. Ученые провели множество часов, делая десятки фотографий образца под различными углами освещения, с разной интенсивностью света, с использованием поляризованного света и при разных увеличениях. Это позволило выявить мельчайшие детали строения окаменевших отпечатков мозга и центральной нервной системы, невидимые при обычном рассмотрении. Чтобы убедиться, что сходство нейронной организации Mollisonia с таковой у пауков не является совпадением или результатом параллельной эволюции, авторы работы провели масштабный статистический анализ. Они сравнили 115 нейронных и связанных с ними анатомических признаков у различных членистоногих, как вымерших, так и современных.
В результате внешне Mollisonia напоминала примитивных хелицеровых, таких как предки мечехвостов, с широким передним щитом (просомой) и сегментированным брюшком (опистосомой). Однако устройство ее мозга и нервной системы кардинально отличалось от ожидаемого. Вместо организации, характерной для мечехвостов (например из рода Limulus), ракообразных, насекомых или многоножек, при которой нервные узлы расположены спереди назад, мозг Mollisonia был устроен «задом наперед» — точно так же, как у современных пауков и других арахнид. В ее просоме ученые обнаружили характерный для арахнид радиальный рисунок сегментарных ганглиев, контролирующих пять пар конечностей. Кроме того, несегментированный мозг посылал короткие нервы к паре клешневидных структур, напоминающих хелицеры (специализированные ротовые придатки, у пауков преобразованные в ядовитые клыки) современных пауков. Статистический анализ позволил однозначно поместить Mollisonia в сестринскую группу по отношению к современным арахнидам, тем самым подтвердив, что сходство не случайно, а отражает общее происхождение. «Мозг паукообразных не похож ни на один другой мозг на этой планете, — подчеркнул Николас Штраусфельд, ведущий автор исследования из Университета Аризоны, — и это наводит на мысль, что его организация как-то связана со скоростью вычислений и контролем двигательных функций».
Открытие доказывает, что арахниды оформились в качестве отдельной эволюционной линии уже в кембрийском периоде, задолго до массового выхода животных на сушу, и что их предки были морскими существами. «Арахнидный» тип мозга, по мнению соавтора Фрэнка Хирта из Королевского колледжа Лондона, предоставил паукообразным ключевое эволюционное преимущество: подобная задне-передняя организация обеспечивает короткие пути от центров нейронного контроля к нижележащим цепям, координирующим удивительный репертуар движений паука (или его сородичей). Такая организация нервных структур для проведения импульсов обеспечивает скрытность во время охоты охоте, быстроту преследования и, у пауков, исключительную ловкость при плетении ловчих сетей. Ученые предполагают, что потомки подобных Mollisonia существ позже вышли на сушу, где стали грозными хищниками первых наземных членистоногих, возможно, даже стимулируя эволюцию полета у насекомых в качестве средства спасения. «Умение летать дает серьезное преимущество, когда за тобой гонится паук», — отметил Николас Штраусфельд.
К сожалению, другие подобные Mollisonia окаменелости пока не найдены в состоянии, позволяющем изучить их нервную систему. Если их мозг устроен столь же удивительно, это могло бы объяснить происхождение разных ветвей генеалогического древа арахнид. Тем не менее исследование открывает новую главу в понимании эволюции одной из самых успешных групп животных на Земле.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
